Question

19．在復習電學知識時，小明在實驗室又做了“測量小燈泡的電功率”和“探究電流與電壓、電阻的關系”的實驗．實驗中，所用的電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V，滑動變阻器的規格為“30Ω 1A”．

①在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，小明按圖甲所示的電路圖連接了電路．閉合開關后，移動變阻器的滑片，當電壓表的示數為3.8V時，電流表的示數如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為1.52W．
②移動變阻器的滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成如圖丙所示的小燈泡的I-U圖象．由圖象可知：當小燈泡兩端的電壓增大時，小燈泡的電阻變大，如果小燈泡兩端的電壓為1.9V，則小燈泡的實際功率大于0.38W．
③在做“探究電流與電阻的關系”實驗時，小明所用的四個定值電阻的阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．他直接利用測量小燈泡電功率時所連接的電路進行實驗，他把電路中的小燈泡取下，電路的其它元件連接方式不動，把四個定值電阻分別接入電路中進行探究．如果要保證電路中各元件的安全，且用四個電阻都能順利地完成實驗，則定值電阻兩端的電壓應該在2.4V-3V范圍內選擇．

Answer 1

分析 ①根據電流表小量程讀數，根據P_額=U_額I求燈的額定功率；
②運用圖象法，比較圖象上不同兩點電壓與電流增加量的快慢，根據歐姆定律比較不同電壓下的電阻大小；
根據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，結合燈的電阻隨電壓（溫度）的變化特點，比較燈的實際功率的大小；
③“探究電流與電阻的關系”實驗時，應控制不同值電阻的電壓保持不變，電流表允許通過的最大電流為
I_大=0.6A，根據歐姆定律，I_大=$\frac{{U}_{大}}{{R}_{小}}$，U_大=I_大R_小，在求定值電阻兩端的最大電壓時，應以最小的定值電阻為準；
當選用最大的定值電阻20Ω時，且變阻器連入電路中的電阻最大時，電路中的電流最小，根據串聯電路電流的特點，即通過定值電阻的最小電流，I_小=$\frac{{U}_{小}}{{R}_{大}}$，所以，U_小=I_小R_大，所以，在求定值電阻兩端的最小電壓時，應以最大的定值電阻為準．

解答 解：①當電壓為額定電壓3.8V時，圖乙中電流表小量程分度值為0.02A，示數為0.4A，燈的額定功率
P_額=U_額I=3.8V×0.4A=1.52W；
②在圖丙中，分別作出圖象上a、b兩點的電壓及對應的電流大小，如下圖所示：

由圖可看出，電壓的增加的量U_b-U_a 大于對應的電流增加的值量I_b-I_a，即電壓增加的量比電流增加的要大，根據歐姆定律，R_a=$\frac{{U}_{a}}{{I}_{a}}$＜R_b=$\frac{{U}_{b}}{{I}_{b}}$，所以，當小燈泡兩端的電壓增大時，小燈泡的電阻也變大；因在實際電壓1.9V下的電阻小于燈在額定電壓3.8V下的電阻，R_實＜R_額，
燈的實際功率P_實=$\frac{{{U}_{實}}^{2}}{{R}_{實}}$=$\frac{（\frac{{U}_{額}}{2}）^{2}}{{R}_{實}}$＞$\frac{（\frac{{U}_{額}}{2}）^{2}}{{R}_{額}}$=$\frac{1}{4}\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{額}}$=$\frac{{P}_{額}}{4}$=$\frac{1.52W}{4}$=0.38W，即小燈泡的實際功率大于0.38W；
③探究電流與電阻的關系”實驗時，應控制不同電阻的電壓保持不變，根據把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω分別接入電路中進行探究，保證電路中各元件的安全，且用四個電阻都能順利地完成實驗：
因電流表的量程為0-0.6A，所以電路中的最大電流為0.6A，當接入最小的電阻5Ω時，電壓表示數即為允許的最大電壓U_大=R_小I_大=5Ω×0.6A=3V；
因變阻器的最大阻值為30Ω，當變阻器電阻全部連入電路中時，若接入最大的電阻R_大=20Ω，此時電路中的最小電流I_小=$\frac{U}{{R}_{定大}+{R}_{滑大}}$=0.12A，定值電阻的最小電壓U_小=I_小R_定大=0.12A×20Ω=2.4V．
故答案為：①1.52；②變大；大于；③2.4V-3V．

點評 本題 測量小燈泡電功率，考查額定功率的計算、影響電阻大小的因素、實際功率的大小的計算，在探究電流與電阻的關系實驗中主要考查了控制變量法的運用及完成實驗對定值電阻的電壓要求，最后兩問難度大，綜合性強，對能力要求高．